(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の容量性の負荷が並列に接続され、これら複数の負荷で構成される負荷群に交流電源から電流が供給される容量性負荷装置において、
上記負荷群が複数の小負荷群に分割され、この複数の小負荷群に分割された分岐点よりも負荷側で少なくとも一つの上記小負荷群に流れる電流を検出する電流検出センサと、いずれかの上記容量性の負荷が短絡した場合に上記電流検出センサにより検出される上記複数の小負荷群間に流れる上記短絡した負荷への突入電流を検知することにより負荷の異常を判断する電流異常検出部とを備えたことを特徴とする容量性負荷装置。
【請求項２】
上記負荷群は二つの小負荷群に分割され、上記二つの小負荷群に流れる電流をそれぞれ検出する二つの電流検出センサを備え、電流異常検出部は、上記二つの電流検出センサからの出力の差を求めて、この出力の差が上記短絡した負荷への突入電流であることを検知した場合に負荷に異常が生じたと判断することを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷装置。
【請求項３】
複数の容量性の負荷が並列に接続され、これら複数の負荷で構成される負荷群に交流電源から電流が供給される容量性負荷装置の異常を検出する異常検出方法であって、
上記負荷群を複数の小負荷群に分割するとともに、いずれかの上記容量性の負荷が短絡した場合に上記複数の小負荷群間に流れる上記短絡した負荷への突入電流を検出することにより、上記負荷群のうちのいずれかの負荷に異常が生じたと判断することを特徴とする容量性負荷装置の異常検出方法。
【請求項４】
上記負荷群を二つの小負荷群に分割するとともに、上記二つの小負荷群に流れる電流の差を求めて、この電流の差が上記短絡した負荷への突入電流であることを検知した場合に負荷に異常が生じたと判断することを特徴とする請求項３に記載の容量性負荷装置の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電源に複数の容量性負荷が接続されている装置において、一部の負荷が短絡など異常状態になった場合に流れる異常電流を検出する装置ならびに検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、装置の負荷が短絡などの故障により異常電流が流れた場合に、異常電流を検知して電源を遮断する、あるいは異常電流により溶断するヒューズを電源と負荷の間に挿入する、などの方法により負荷や電源を保護している。ところで、大容量のオゾン発生装置（オゾナイザ）では、交流電源に接続される負荷として放電管が１００本以上用いられている。このようなオゾナイザでは、放電管のばらつきにより、１本の放電管に短絡放電が生じてその放電管でアーク放電が生じることがある。このような異常発生時に、他の負荷や電源を保護するために、あるいは運転を継続させるために種々の技術が提案されている。【０００３】
例えば、複数の放電素子を備えたオゾン発生装置において、オゾン発生運転中に一もしくは複数の放電素子に異常が発生すると、各放電素子に接続されたそれぞれの異常検出手段によりその放電素子の異常を検出、交流電源回路の出力を所定の出力値まで低下させる。これにより、異常が発生した放電素子が電気的に切り離された後も、他の正常な放電素子に対してオーバーロードとなるような電流が流れることがなく、正常な放電素子が連鎖的に破壊される事態が回避でき、オゾンの発生を中断することなく残りの正常な放電素子で運転を継続することができるようにしたものがある。（特許文献１）。【０００４】
また、インバータの出力にガラス管で構成される放電管を接続してオゾンを発生するオゾン発生器において、ガラス管が破損したなどの異常発生時に、第１の時定数で電圧降下を出力する第１の電圧Ｖ１の出力回路と、第１の時定数より遅い第２の時定数で電圧降下を出力する第２の電圧Ｖ２の出力回路とを備え、これらに接続される比較器が第２の電圧出力Ｖ２＞第１の電圧出力Ｖ１となったとき、異常発生信号を出力するように構成したものがある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９３０６号公報
【特許文献２】特開２００７−２１７２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の装置では、各放電素子に異常検出手段を設ける必要があるため、大容量のオゾン発生装置のように放電素子が多数接続されている場合、異常検出手段も多数必要となり、装置が複雑となる問題があった。【０００７】
また、特許文献２の技術では電圧の低下で異常を判断しているため、大容量のオゾン発生器のように多数のガラス管がインバータの出力に接続されている装置にこの技術を適用しようとすると、一つのガラス管が破損しただけでは、電圧の低下が小さいため、異常の検知が難しいという問題があった。【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、多数の負荷、特に大容量のオゾナイザのように多数の容量性負荷が交流電源に接続されている装置において、簡単な構成で確実に異常を検出できる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る容量性負荷装置は、複数の容量性の負荷が並列に接続され、これら複数の負荷で構成される負荷群に交流電源から電流が供給されるものにおいて、負荷群が複数の小負荷群に分割され、この複数の小負荷群に分割された分岐点よりも負荷側で少なくとも一つの小負荷群に流れる電流を検出する電流検出センサと、いずれかの容量性の負荷が短絡した場合に電流検出センサにより検出される複数の小負荷群間に流れる短絡した負荷への突入電流を検知することにより負荷の異常を判断する電流異常検出部とを備えたものである。
また、この発明に係る容量性負荷装置の異常検出方法は、複数の容量性の負荷が並列に接続され、これら複数の負荷で構成される負荷群に交流電源から電流が供給される容量性負荷装置の異常を検出する異常検出方法であって、負荷群を複数の小負荷群に分割するとともに、いずれかの容量性の負荷が短絡した場合に複数の小負荷群間に流れる短絡した負荷への突入電流を検出することにより、負荷群のなかのいずれかの負荷に異常が生じたと判断するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る容量性負荷装置は上記のように構成されているため、簡単な構成で確実に異常を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による容量性負荷装置の動作を説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態２による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態２による容量性負荷装置の動作を説明するための模式図である。
【図５】この発明の実施の形態３による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態３による容量性負荷装置の動作を説明するための模式図である。
【図７】この発明の実施の形態３による容量性負荷装置の他の動作を説明するための模式図である。
【図８】この発明の実施の形態４による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【図９】この発明の実施の形態４による容量性負荷装置の別の電流検出センサの詳細を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態６による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態７による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【図１３】この発明の実施の形態７による別の容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図１において、１はインバータなど、高周波交流を発生する交流電源、２はリアクトル、３−１、３−２、３−ｎは、ｎ個備えられている負荷を示し、例えばオゾン発生器であれば、複数備えられた放電管の１本１本を示す。負荷全体はまとめて負荷群３と記載することもある。図１においてはｎ＝１０の例を示している。１０は１０個ある負荷の内５個をまとめた第一の小負荷群、２０は残りの負荷５個をまとめた第二の小負荷群で、第一の小負荷群１０と第二の小負荷群２０には分岐点４を介して交流電源１からそれぞれ電力が供給される。ＣＴは第二の小負荷群２０に流れる電流を検出する電流検出センサ、５は電流検出センサＣＴで検出した電流信号によって電流の異常を判断する電流異常検出部で、異常と判断した場合に異常信号ＳＳを出力する。この異常信号ＳＳは、例えば交流電源１に入力されて、異常の場合に交流電源１の出力電圧を低下させる、交流電源を停止する、あるいは交流電源を一旦停止した後、一定時間経過後に電源を再起動する、などの制御を行う。
【００１３】
以下、負荷群３がオゾン発生器の多数の放電管である場合について説明する。オゾン発生器の放電管は、ガラス管などの誘電体管の内面に高圧電極となる金属膜を形成し、このガラス管を該ガラス管の外径よりも大きな寸法の内径を有する金属管に挿入して、ガラス管の外面と金属管の内面との間の隙間に酸素を含むガスを流す構成となっている。高圧電極である金属膜と金属管との間に高圧の交流電圧を印加することにより隙間のガスが放電して酸素をオゾン化する。このオゾン発生器を例えば上水道の水処理に用いる場合、処理する水の量が多量であるため、処理に必要なオゾンの量も多量となり、大容量のオゾン発生器が必要となる。大容量のオゾン発生器では、一つの装置で放電管が数百本、時には１０００本以上の放電管を備えることとなる。図１では説明のために負荷として放電管が１０個の例を示しているが、実際には、上記のように負荷の数ｎ＝１０００といった非常に多数の負荷が接続されることも珍しくない。
【００１４】
以上のように、オゾン発生器では、ガラス管である誘電体を介してガスに交流電圧を印加して放電を発生させる、いわゆる無声放電を応用している。印加する交流の周波数としては数百Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度、電圧は波高値として５〜１２ｋＶ程度である。無声放電においては、電源から放電管をみると誘電体を介して放電部分に電流を供給しているため、負荷としては容量性負荷となっている。このため、図１において各負荷３−１などは容量、すなわちコンデンサを含む記載としている。
【００１５】
以下、図１を用いて、多数の放電管、すなわち容量性負荷が接続された装置の動作を説明する。図１に示すように、第一の小負荷群１０に流れる電流、すなわち分岐点４を通って第一の小負荷群１０に流れる電流をＩ１、第二の小負荷群２０に流れる電流、すなわち分岐点４を通って第二の小負荷群２０に流れる電流をＩ2とする。また交流電源１からリアクトル２を通って分岐点４に流れ込む電流、すなわち電源から第一の小負荷群１０と第二の小負荷群２０全体に流れ込む電流をＩ0とする。放電管が正常である場合は、交流電
源１からリアクトル２を通じて負荷３−１〜３−ｎに加えられる交流電圧に応じて、負荷の放電管で放電が生じて交流電流が流れる。負荷としての放電管は非線形の動作をするため、電源の電圧が正弦波であっても、流れる電流は印加される電圧に応じた正弦波にはならず歪んだ波形となるが、ここでは簡単のため電流も正弦波として説明する。
【００１６】
何らかの原因で複数の放電管のうちの一つが破損して、破損した放電管でアーク放電が生じて短絡する故障が生じたと仮定する。例えば、図１における第一の小負荷群１０の一つの負荷３００で短絡する故障が生じたとした場合の模式的な電流波形を図２に示す。図２は上からＩ0、Ｉ１、Ｉ2の波形を示している。時刻ｔ１に負荷３００で短絡が生じると、負荷３００には他の負荷に蓄積されている電荷が流入する。このため、図２に示すように、Ｉ１には負荷３００に流れ込む突入電流が生じ、Ｉ2には第二の小負荷群２０に蓄積されていた電荷が負荷３００に流れ出す突出電流が生じる。一方、Ｉ0に関しては、リアクトル２があるため、急激な突入電流はほとんど生じない。また、図１においては、交流電源１とリアクトル２、および負荷全体で共振するような条件で電圧が印加されるようになっている。これは、負荷に印加される電圧を上げるためであるが、一つの負荷が短絡状態となると共振条件からずれるため、負荷に印加される電圧が下がり、時刻ｔ１以降は電源から流入する電流が低下する。
【００１７】
本実施の形態１では電流検出センサＣＴは第二の小負荷群２０に流れる電流Ｉ2を検出するように設置している。この場合、図２の一番下の波形を検出することになり、第一の小負荷群１０の一つの負荷で短絡が生じたにも関わらす、第二の小負荷群２０に流れる電流Ｉ2を検出する電流検出センサＣＴによって、第一の小負荷群１０の一つの負荷で生じた短絡を検知できる。特許文献１では、各放電素子に電流検出手段を備えて電流検出手段による検出値が所定の上限値を超えたことで、当該電流検出手段を備えた放電素子に異常が生じたと判断する技術が開示されている。従来は、特許文献１に記載されているように、多数の放電素子のそれぞれの異常は、その放電素子に流れる電流を検出することによってのみ検出できると考えられていた。しかしながら、本発明者らは、オゾン発生器のように複数の容量性負荷が並列に接続されている装置において、一つの負荷に放電破壊などで短絡の故障が生じた場合、他の負荷から故障が生じた負荷に電荷が流れ込む現象があることに気付き、負荷全ての電流を検出しなくても、故障が生じていない負荷から故障が生じた負荷に流れ込む電流を検出することで異常が検知できることを見出したのである。
【００１８】
以上のように、第一の小負荷群１０の一つの負荷に短絡の異常が発生した場合、電流検出センサＣＴは図２のＩ2のような波形を検出する。この電流波形の信号から電流異常検出部５は例えば絶対値として図２中の横破線で示す所定の閾値ｉ０以上の電流を検出した場合に異常が生じたと判断して異常信号ＳＳを出力する。異常信号ＳＳにより、例えば交流電源１の出力を低下させる、あるいは停止させるなどの制御を行うことにより電源や、故障した負荷以外の負荷への影響を防止できる。
【００１９】
なお、図１、図２では、第一の小負荷群１０のうちの一つの負荷で短絡故障が生じた場合を説明したが、第二の小負荷群２０のうちの一つの負荷で短絡故障が生じた場合は、Ｉ2の波形が図２のＩ１で示す波形の様になり、Ｉ１の波形が図２のＩ2で示す波形の様になる。Ｉ2には短絡故障した負荷に流れ込む突入電流が生じ、図１の電流検出センサＣＴ、すなわち第二の小負荷群２０の電流Ｉ2を検出する電流検出センサＣＴの信号により電流異常検出部５において異常の発生を判断できる。
【００２０】
図１では、第一の小負荷群１０と第二の小負荷群２０で負荷の数を同数としているが、各小負荷群で負荷を同数とする必要はない。同数でなくても、故障した負荷を有する小負荷群には、別の小負荷群に蓄積された電荷が流れ込み、突入電流が生じるから、上記で説明したのと同様に異常の発生を判断できる。
【００２１】
このように、本発明の実施の形態１によれば、複数の容量性の負荷が並列に接続された装置において、これら複数の容量性負荷の塊である負荷群を２つの小負荷群、図１では第一の負荷群１０と第二の負荷群２０とに分割し、交流電源１から二つの小負荷群に分けて電流を供給する分岐点４よりも負荷側において少なくとも一つの小負荷群に流れる電流を検出することで、いずれの小負荷群で短絡故障の異常が生じても異常を判断できるという効果がある。
【００２２】
上記では、交流電源１とリアクトル２と負荷群３とで生じる共振を利用した電圧印加方法によるものを説明したが、電圧の印加は共振を利用したものでなくても、交流電源１からそのまま負荷群３に電圧を印加するものであってもよい。また、交流電源からリアクトルを通して電圧を印加するものであって、共振を利用しないものであっても良く、電圧の印加方法はどのようなものであっても良い。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図３において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。本実施の形態２においては、負荷群を３つの小負荷群、すなわち、第一の小負荷群１０、第二の小負荷群２０、第三の小負荷群３０に分割し、それぞれの小負荷群に、分岐点４を介して交流電源１から電力を供給するようにしたものである。また、電流検出センサＣＴを第三の小負荷群３０に流れる電流を検出するように設けている。
【００２４】
図４に、図３における３つの小負荷群に流れる電流波形を示す。すなわち、図４の最上部に示す波形は第一の小負荷群１０に流れる電流Ｉ１の波形、図４の中央に示す波形は第二の小負荷群２０に流れる電流Ｉ2の波形、図４の最下部に示す波形は第三の小負荷群３０に流れる電流Ｉ３の波形を示している。図４では、時刻ｔ１において第一の小負荷群１０の内の一つの負荷３００が短絡破壊した場合のＩ１、Ｉ2、Ｉ３の波形を示している。図４に示すように、時刻ｔ１で負荷３００が短絡破損し、第一の小負荷群１０の電流Ｉ１として突入電流が流れる。また、第二の小負荷群２０の電流Ｉ2には第二の小負荷群２０に蓄積されていた電荷が負荷３００に流れ出す突出電流が生じる。同様に、第三の小負荷群３０の電流Ｉ３には第三の負荷群３０に蓄積されていた電荷が負荷３００に流れ出す突出電流が生じる。
【００２５】
以上のように、第一の小負荷群１０の一つの負荷３００に短絡の異常が発生した場合、第三の小負荷群３０の電流を検出する電流検出センサＣＴは図４のＩ３のような波形を検出する。この電流波形の信号から電流異常検出部５は例えば絶対値として図４中の横破線で示す所定の閾値ｉ０以上の電流を検出した場合に異常が生じたと判断して異常信号ＳＳを出力する。異常信号ＳＳにより、例えば交流電源１の出力を低下させる、あるいは停止させるなどの制御を行うことにより電源や、故障した負荷以外の負荷への影響を防止できる。
【００２６】
なお、図３、図４では、第一の小負荷群１０のうちの一つの負荷で短絡故障が生じた場合を説明したが、第二の小負荷群２０のうちの一つの負荷で短絡故障が生じた場合も、第三の小負荷群３０の電流Ｉ３は上記の第一の小負荷群１０のうちの一つの負荷で短絡故障が生じたのと同様の電流波形となり、図３の電流検出センサＣＴ、すなわち第三の小負荷群３０の電流Ｉ３を検出する電流検出センサＣＴの信号により電流異常検出部５が異常の発生を判断できる。
【００２７】
また、第三の小負荷群３０のうちの一つの負荷で短絡故障が生じた場合は、Ｉ３の波形が図４のＩ１で示す波形の様になり、Ｉ１およびＩ２の波形が図４のＩ2で示す波形の様になる。Ｉ３には短絡故障した負荷に流れ込む突入電流が生じ、図３の電流検出センサＣＴ、すなわち第三の小負荷群３０の電流Ｉ３を検出する電流検出センサＣＴの信号により電流異常検出部５が異常の発生を判断できる。
【００２８】
このように、本発明の実施の形態２によれば、複数の容量性の負荷が並列に接続された装置において、これら複数の容量性負荷の塊である負荷群を３つの小負荷群、図３では第一の小負荷群１０、第二の小負荷群２０、および第三の小負荷群３０、に分割し、交流電源１から三つの小負荷群に分けて電流を供給する分岐点４よりも負荷側において少なくとも一つの小負荷群に流れる電流を検出することで、いずれの負荷群で短絡故障の異常が生じても異常を判断できるという効果がある。さらに小負荷群の数を増加させても同様であり、小負荷群の数は２以上、すなわち複数であれば本発明の効果を奏する。
なお、負荷群全体における負荷の数は、各負荷群が複数の負荷を有するような数であれば幾つでも良い。
【００２９】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図５において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。図５の交流電源１、第一の小負荷群１０、第二の小負荷群２０、分岐点４などは図１と同様である。本実施の形態３では、第一の小負荷群１０に流れる電流を検出する電流検出センサＣＴ１、および第二の小負荷群２０に流れる電流を検出する電流検出センサＣＴ２、の２つの電流検出センサを設けた。電流異常検出部５０において、差分増幅器５３により電流検出センサＣＴ１の電流検出信号と電流検出センサＣＴ２の電流検出信号との差Iminusを求め、比較器５４でこのIminusと所定の閾値を比較して、Iminusが所定の閾値以上の場合、異常信号ＳＳを出力するようにしている。
【００３０】
図６に、時刻ｔ１で第一の小負荷群１０のうちの一つの負荷３００が短絡故障した場合の電流波形を示す。図６において、上から、第一の小負荷群１０の電流Ｉ１、第二の小負荷群２０の電流Ｉ２、およびそれらの差Iminusの波形を示している。時刻ｔ１以前は第一の小負荷群１０と第二の小負荷群２０には同相でほぼ同じ値の電流が流れているので、その差である差分増幅器５３の出力Iminusはほぼ０となる。時刻ｔ１で負荷３００に短絡電流が流れると、第一の小負荷群１０の電流Ｉ１と第二の小負荷群２０の電流Ｉ２とは逆の電流が流れるためその差であるIminusには大きなピーク値が現れる。このIminusを比較器５４で所定の閾値ｉ０（図６のIminusの波形図において横破線で示している。）と比較することで異常を検出でき異常信号ＳＳを出力できる。
【００３１】
また、ある負荷が短絡した場合のみならず、何らかの原因で負荷が故障し、その負荷の電流が他の負荷とは違った電流波形となった場合も検知できる。図７にその例を示す。第二の小負荷群２０において、時刻ｔ２に何らかの原因で負荷に異常が発生して電流が減少したとする。すなわち、第二の小負荷群２０の電流波形が図７のＩ２で示すような波形となった場合、第一の小負荷群１０の電流Ｉ１と第二の小負荷群２０の電流Ｉ２との差Iminusは図７のIminusの波形で示すように、時刻ｔ２以前はほぼ０となっているが、時刻ｔ２以降は値が現れる。このIminusを比較器５４で所定の閾値ｉ０（図７のIminusの波形図において横破線で示している。）と比較することで異常を検出でき異常信号ＳＳを出力できる。
【００３２】
なお、負荷が正常に動作している場合に、種々の要因で電流の差分が０とならないことが考えられる。例えば、負荷の製造時のばらつきなどが原因で、第一の小負荷群１０に流れる電流と、第二の小負荷群２０に流れる電流がわずかに異なることが考えられる。また、電流検出センサＣＴ１とＣＴ２の感度がわずかに異なることが考えられる。これらの対策としては、負荷の正常時に差分増幅器５３の出力Iminusが０となるように差分増幅器５３の２つの入力端子の増幅度を異なるものにする、または各電流検出センサＣＴ１とＣＴ２の出力を、一旦それぞれ増幅度可変の増幅器に入力しそれぞれの増幅器の増幅度を調整する、あるいは電流検出センサが電流トランスの場合、電流トランスの出力が受ける抵抗器を可変抵抗器として調整する、など一般的な様々な補償対策を実施することができる。また、負荷が容量性負荷であるから、負荷の製造時のばらつきなどが原因のアンバランスに対しては、容量が小さい側の小負荷群に並列にダミーのコンデンサなど容量性負荷を挿入して小負荷群間の負荷電流のアンバランスを調整することもできる。あるいは、２つの小負荷群１０と２０の特性が非線形でその非線形性が異なることも考えられる。その場合は、それぞれの電流検出センサの出力を別々の非線形増幅器で増幅し、それぞれの出力を線形化した後に差動増幅することが考えられる。以上の小負荷群や電流検出センサのアンバランスの補償は、以下の実施の形態においても、必要に応じて実施できることは言うまでもない。
【００３３】
以上のように、本実施の形態２では、第一の小負荷群１０の電流Ｉ１と第二の小負荷群２０の電流Ｉ２の差Iminusを求めることで、異常時にのみ大きな信号を得ることができるため、非常に精度良く異常を検出できる。
【００３４】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図８において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。図８の交流電源１、第一の小負荷群１０、第二の小負荷群２０、分岐点４などは図１と同様である。本実施の形態４は、電流検出センサＣＴ３自身で第一の小負荷群１０に流れる電流Ｉ１と第二の小負荷群２０の電流Ｉ２の差Iminusを出力するものである。電流検出センサＣＴ３を電流トランスとして、電流Ｉ１と電流Ｉ２とが逆方向に流れるように電流トランスの入力とすることで、電流トランスの出力に電流Ｉ１と電流Ｉ２の差Iminusが現れるようにした。この出力Iminusを比較器５４で所定の閾値と比較してIminusが閾値以上の場合に異常信号ＳＳを出力するようにしている。
【００３５】
図９は、本発明の実施の形態４による別の電流検出センサを示す図である。図８では、一つの電流トランスで電流Ｉ１と電流Ｉ２の差Iminusを出力するようにしたが、図９に示すように、電流Ｉ１を検出する電流検出センサである電流トランスＣＴ１１の出力と、電流Ｉ２を検出する電流検出センサである電流トランスＣＴ２２の出力とを逆位相で直列に接続することで、出力として電流Ｉ１と電流Ｉ２の差Iminusに比例した電流波形が得られる。この出力信号を図８と同様の比較器５４で所定の閾値と比較してIminusが閾値以上の場合に異常信号ＳＳを出力するようにする。
【００３６】
以上のように、本実施の形態４においては、電流検出センサ自身で第一の小負荷群１０に流れる電流Ｉ１と第二の小負荷群２０の電流Ｉ２の差Iminusを出力するようにしたので、差分増幅器を設ける必要がなく、より簡単な構成で精度良く異常を検出することができる。
【００３７】
実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態４による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図１０において、図８と同一符号は同一または相当する部分を示す。実施の形態３や実施の形態４においては、第一の小負荷群１０と第二の小負荷群２０とで負荷の数を同数として、正常動作時に流れる電流を、両小負荷群で同じになるようにした。本実施の形態５では、第一の小負荷群１１と第二の小負荷群２１とで、負荷の数が異なっている。このように負荷の数が異なり、正常動作時においても両負荷群に流れる電流が異なる場合でも、いずれかの出力を乗算器などで他の出力と同じになるようにして両者の差を求めることで、実施の形態４と同様な差の電流波形が得られる。
【００３８】
例えば図１０に示すように第一の小負荷群１１における負荷の数ｎ１が３で、第二の小負荷群２１における負荷の数ｎ２が７の場合、第一の小負荷群１１に流れる電流Ｉ１の電流を検出する電流検出センサＣＴ１の出力を乗算器５６でｎ２／ｎ１倍、すなわち７／３倍して、差分増幅器５３で第二の小負荷群２１に流れる電流Ｉ２の電流を検出する電流検出センサＣＴ２の出力との差分を出力することで、正常動作時には差分増幅器の出力をほぼ０とすることができ、異常時にのみ差分増幅器で出力が得られ、異常を検出することができる。
【００３９】
さらに、実施の形態４で示した電流検出センサ自身で差分出力を得るものにおいても、電流Ｉ１の検出感度と電流Ｉ２の検出感度との比を各小負荷群の負荷の数の比とすることで、正常動作時の出力をほぼ０とすることができ、異常時にのみ出力を得るようにすることができる。例えば、電流検出センサが電流トランスである場合、電流Ｉ１を入力とする巻数比と電流Ｉ２を入力とする巻数比を各小負荷群の負荷の数の比で異ならせることで、正常動作時の出力をほぼ０とすることができる。
【００４０】
実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図１１において、図１〜図１０と同一符号は同一または相当する部分を示す。実施の形態３〜５では、負荷群を２つの小負荷群に分割して、それぞれの負荷群に流れる電流の差の信号を基に異常を検出したが、負荷群の分割数は２つには限られない。本実施の形態６では、小負荷群を、第一の小負荷群１２、第二の小負荷群２２、および第三の小負荷群３２の３つの小負荷群に分割している。
【００４１】
第一の小負荷群１２の電流Ｉ１を電流検出センサＣＴ１２で検出し、第二の小負荷群２２の電流Ｉ2を電流検出センサＣＴ２２で検出して両電流検出センサの出力を差動増幅器５３１で差分を取ることにより電流Ｉ１と電流Ｉ2をとの差Iminus12を得る。このIminus12と閾値５５1とを比較器５４１で比較し、Iminus12が閾値５５１より大きい場合異常信号ＳＳ１を出力する。これらの差動増幅器５３１、比較器５４１、閾値５５１とで第一の電流異常検出部５０１を構成する。このように構成することで、第一の小負荷群１２のいずれかの負荷、あるいは第二の小負荷群２２のいずれかの負荷に故障が生じた場合に異常信号ＳＳ１が出力されることになる。
【００４２】
また、第二の小負荷群２２の電流Ｉ２を検出する電流検出センサＣＴ２２の出力と、第三の小負荷群３２の電流Ｉ３を検出する電流検出センサＣＴ３２の出力から電流Ｉ２と電流Ｉ３との差Iminus23を得る。第二の小負荷群２２は負荷の個数ｎ２が３、第三の小負荷群３２の負荷の個数ｎ３が４であるから、第二の小負荷群２２の電流Ｉ２を検出する電流検出センサＣＴ２２の出力を乗算器５６２でｎ３／ｎ２倍、すなわち４／３倍したものと、第三の小負荷群３２の電流Ｉ３を検出する電流検出センサＣＴ３２の出力を差動増幅器５３２で差分を取ることにより電流Ｉ２の４／３倍と電流Ｉ2をとの差Iminus23を得る。このIminus23と閾値５５２とを比較器５４２で比較し、Iminus23が閾値５５２より大きい場合異常信号ＳＳ２を出力する。これらの乗算器５６２、差動増幅器５３２、比較器５４２、閾値５５２とで第二の電流異常検出部５０２を構成する。このように構成することで、第二の小負荷群２２のいずれかの負荷、あるいは第三の小負荷群３２のいずれかの負荷に故障が生じた場合に異常信号ＳＳ２が出力されることになる。
【００４３】
第一の電流異常検出部５０１から異常信号ＳＳ１が出力された場合、あるいは第二の電流異常検出部５０２から異常信号ＳＳ２が出力された場合、すなわち異常信号ＳＳ１とＳＳ２のＯＲを取って、いずれかの信号が出力された場合、負荷に異常が生じたとして交流電源１の出力を低下させたり、停止させたりする。
【００４４】
本実施の形態６で説明したように、負荷群全体の小負荷群への分割は、２つが必須ではなく、いくつに分割しても、その複数の小負荷群のうちの２つの小負荷群の電流を検出して差を求める構成とすることにより、本発明の効果が得られる。負荷群の数を増やせば、異常が生じている部分をより狭い範囲で特定し易くなる。反対に、負荷群の数が少ない方が装置の構成が単純となる。
【００４５】
実施の形態７．
図１２は、本発明の実施の形態７による容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図１２において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。実施の形態１〜６では、異常電流を検出した場合、例えば交流電源の出力を停止する制御を行うこととしたが、交流電源の出力を停止しても、ある負荷が短絡状態になった場合、他の容量性負荷に蓄積されていた電荷が放電し終わるまで、他の容量性負荷からの電荷流出が停止しない。小負荷群の負荷の数が多いとこの電荷量が問題となる場合がある。このため、本実施の形態７では、小負荷群１０と小負荷群２０の間にスイッチ４１などの電流遮断素子を設けて、異常電流を検出した場合、すなわち異常信号ＳＳが出力された場合、交流電源１を停止するとともに、スイッチ４１を開放して電流を遮断し、短絡負荷がない小負荷群（図１２の例では小負荷群２０）からの電荷流出を防止する。
【００４６】
図１３は、本発明の実施の形態７による別の容量性負荷装置の概略構成を示す回路図である。図１３において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。図１３においては、分岐点４からそれぞれの小負荷群側にスイッチ４２および４３を設けた。電流異常検出部５は異常電流の方向をも検出するようにし、異常電流を検出した場合、小負荷群１０および２０のどちらで異常が生じたかを判断して、スイッチ４２および４３のうち、異常が生じた側のスイッチを開放するように制御する。このように制御すれば、短絡負荷がない小負荷群からの電荷流出を防止できるとともに。交流電源１を停止せずに、異常が生じていない小負荷群の運転を継続することができる。また、このように小負荷群毎にスイッチを挿入する構成は、実施の形態６のように小負荷群が３以上の場合にも適用可能である。
なお、スイッチ４１、４２、４３などは、ヒューズのような自己で電流を遮断する電流遮断素子でも良い。
【符号の説明】
【００４７】
１：交流電源
３、３００、３−１、３−２、３−ｉ、３−ｎ：負荷
４：分岐点
５、５０、５０１、５０２：電流異常検出部
１０、１１、１２、２０、２１、２２、３０、３２：小負荷群
ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ１１、ＣＴ１２：電流検出センサ
ＣＴ２１、ＣＴ２２、ＣＴ３２：電流検出センサ
４１、４２、４３：スイッチ（電流遮断素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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